CN101235739A - 机动车发动机排气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种机动车发动机排气净化装置属于内燃机中的机动车发动机技术领域。该装置含有外壳、进气管、出气管，其外壳为金属外壳，外壳由光、热触媒净化反应器外壳和集管卧式脉冲静电净化反应器外壳构成，在光、热触媒净化反应器外壳内设有光、热触媒净化反应器，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳内设有集管卧式脉冲静电净化反应器，光、热触媒净化反应器的光、热触媒体为钛，集管卧式脉冲静电净化反应器由电晕丝、电极管、电极管瓷支架板、支架板、连接螺杆构成，电晕丝沿电极管的轴线穿过。该装置可使汽车尾气排放达到GB18352.3－2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》IV阶段标准值。
Description
技术领域
本发明涉及到内燃机中的机动车发动机，更具体涉及到一种机动车发动机排气净化装置。
背景技术
近年，科学研究发现，机动车发动机在工作时，排出的气体含有上百种的成分，其中，一氧化碳CO、碳氢化合物HC，氮氧化合物NOX、二氧化硫SO2、铅化合物及各种固体微粒PM等，严重污染环境，危害人体健康。对机动车发动机排气的净化，主要有机内净化和机外净化两种途径。机内净化是通过改进机动车发动机的结构设计，控制燃烧过程，或用清洁燃料来实现的；机外净化是在机动车发动机排气管内加净化装置来实现净化。目前，对机动车发动机的机外净化装置，主要是三元催化器。三元催化器由外壳、进气管、排气管和催化剂构成，催化剂是把贵重金属铂、铑、钯沉积在惰性载体蜂窝状结构的多孔陶瓷上，使单位体积有足够的表面积，机动车发动机的排气从进气管进入，与外壳内的催化剂发生化学反应，从而降低排气中有害成分，然后从排气管排出。三元催化器虽然有一定的降低排气中有害成分的效果，但是，它也有一些固有弱点，如，低温下不起净化作用，有新的重金属污染，且使用一段时间后，效果降低，以及遇含铅燃料会中毒失效等。近年，有人开始探索用脉冲放电的方法净化机动车发动机排气。如，申请日为2001年11月14日，授权公告日为2002年10月2日，授权公告号CN2514122Y，专利号为ZL01252449.2，名称为《汽车尾气净化器》所公开的技术方案，该汽车尾气净化器由壳罩、正、负极环、放电针组成。该汽车尾气净化器的主要作用是避免臭氧在高温下分解。随着科学技术的发展和人们环境、健康意识的提高，人们对机动车发动机的排气净化要求越来越高，现有的机外净化装置很难满足人们的需要，因此，有待探索新的机动车发动机排气净化装置。
发明内容
本发明的目的：为了机动车发动机排气的净化，而提供一种机动车发动机排气净化装置。
本发明的技术方案：一种机动车发动机排气净化装置，它含有外壳、进气管、出气管，其所述的外壳为金属外壳，外壳由光、热触媒净化反应器外壳和集管卧式脉冲静电净化反应器外壳构成，在光、热触媒净化反应器外壳内设有光、热触媒净化反应器，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳内设有集管卧式脉冲静电净化反应器，光、热触媒净化反应器的光、热触媒体为钛，集管卧式脉冲静电净化反应器由电晕丝、电极管、电极管瓷支架板、支架板、连接螺杆构成，电晕丝沿电极管的轴线穿过。
所述的光、热触媒净化反应器为3-10层钛网板或2-8层有孔的钛板或被钛蜂窝陶瓷之中的一种。
所述的外壳的中部为集管卧式脉冲静电净化反应器外壳，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳上设有接头，集管卧式脉冲静电净化反应器外壳的两端与光、热触媒净化反应器外壳连接，进气管的外端设有进气管法兰盘，进气管的另一端与一个光、热触媒净化反应器外壳连接，出气管的外端设有出气管法兰盘，出气管的另一端与另一个光、热触媒净化反应器外壳连接，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳内设有1-3组集管卧式脉冲静电净化反应器，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳上设有外壳排尘孔、电晕丝接线柱，在外壳排尘孔处设有沉积槽。
在集管卧式脉冲静电净化反应器中，所述的电晕丝为钼丝，钼丝的直径为0.1-1.0mm，所述的电极管为不锈钢管，在电极管上设有电极管排尘孔。
所述的电极管瓷支架板上设有电极管安装槽、电晕丝支架、电晕丝孔、导气孔、安装连接孔，电极管安装槽和安装连接孔均被镍并连通，电极管的两端分别连接在电极管瓷支架板的电极管安装槽上，电晕丝的一端固定接在一块电极管瓷支架板的电晕丝孔上，电晕丝的另一端穿过电极管、穿过另一块电极瓷支架板的电晕丝孔固定后连接在外壳上的电晕丝接线柱上，电晕丝接线柱与逆变脉冲高压电源输出的负极连接，外壳与逆变脉冲高压电源输出的正极连接。
在一组集管卧式脉冲静电净化反应器中，所述的电极管为6-26根，每根电极管的长为60mm-160mm，，电极管内径为10mm-36mm。
电极管的内径越小，电极管的数量越多。机动车发动机的排气污染越大，所需的电极管的数量越多，所需的电极管的长度越长。
所谓的被镍是指所述的电极管瓷支架板烧结时，先在电极管安装槽和安装连接孔为基体的表面上被覆有金属镍。所谓的被钛是指所述的蜂窝陶瓷在烧结时，先在蜂窝陶瓷的孔为基体的表面上被覆有金属钛。
本发明的安装方法：机动车发动机排气净化装置安装时，应将本装置安装在发动机的排气管上，一般安装在消声器前。本机动车发动机排气净化装置装配时，将光、热触媒净化反应器装在光、热触媒净化反应器外壳内，将定位挡圈、安装定位卡固定安装在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳内，将集管卧式脉冲静电净化反应器装配好，并将集管卧式脉冲静电净化反应器装配在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳内，所有排尘孔一至向下方。电晕丝连接在电晕丝接线柱上，电晕丝接线柱与外壳绝缘。最后将外壳和进气管、排气管连接在一起，就完成装配。使用时，电晕丝和与之匹配的逆变脉冲高压电源的负极连接，电极管和与之匹配的逆变脉冲高压电源的正极连接，机动车发动机排气净化装置的外壳接地。
本发明的净化过程：机动车发动机的高温排气从进气管进入，高温排气与光、热触媒净化反应器中的光、热触媒钛发生反应，排气被第一次净化；排气继续前进，进入一组集管卧式脉冲静电净化反应器中的电极管，在电极管中，排气被电离和反应，排气被第二次净化；排气又继续前进，进入另一组集管卧式脉冲静电净化反应器中的电极管，在电极管中，排气再次被电离和反应，排气被第三次净化；最后，排气再一次被靠近排气管端的光、热触媒净化反应器净化后从排气管排出。
本发明的机理：本发明的机动车发动机排气净化装置，采用了光、热、电、离、滤于一体的多元净化技术。光、热触媒净化反应器中的光、热触媒钛，其特性非常优异，非常活泼，钛和氧、氢有很大的亲合力。钛作为光、热触媒材料的首选，是因为钛不溶解，耐酸碱，反应中本身不变质，不具毒性，钛具有光、热触媒反应的双重效果。钛作为光触媒，吸收光的能量加速氧化还原反应，使吸附在钛表面的氧气及水分子激发成极具活性的OH、O、及自由基，可分解其有毒有害气体；钛作为热触媒，系利用排气排放的热量以传导、对流、辐射等多种方式吸收热能且可穿透表层，激发整体反应机制，钛金属在高温下可与许多元素和化合物发生反应，与氧族元素生成共价键与离子键化合物，与碳族和氮族元素生成金属键化合物和有限固溶体，与铬族、钪族元素生成无限固溶体、钛的熔点高达1688±4℃，沸点高达3260±20℃，排气经过金属钛的光、热触媒层，进行光、热触媒反应、离解、过滤的物理与化学技术净化。又由于机动车发动机排气净化装置的工作环境特殊，工作环境恶劣，很难施以静电净化技术。为突破静电净化技术应用于机动车发动机排气净化的技术领域，本发明采用了多组集管卧式脉冲静电净化反应器，一组集管卧式脉冲静电净化反应器中设有6-26根电极管，每根电极管的长为60mm-160mm，，电极管内径为10mm-36mm，电极管的两端以电极管瓷支架板固定，电极管瓷支架板的电极管安装槽被镍金属层与电极管接触，电极管的中心用0.1-1.0mm钼丝作为电晕丝，电晕丝与电极管组成丝管结构的脉冲静电场，并与逆变脉冲高压电源匹配，逆变脉冲高压电源为ms级或us级、ns级。30KV-80KV的脉冲电压对排气进行电晕放电，由于瞬间的电位很高，电子在很短的时间内，从电场中可以获得很高的能量，产生高能电子，一般可以达到5-20ev，而排气中有害气体分子键断裂时所需的能量为：CO 14.0ev，HC 13.1ev，NO 9.5ev，这些大量能量在5-20 ev之间的高能自由电子，使有害气体分子和原子内的电子得到能量，高能电子对中性气体分子进行激发，电离和分解的过程，产生大量的自由基和活性粒子，这些活性粒子和自由基与有害气体分子反应，其脉冲静电净化反应器中气相电化学反应如下：
H2O+e→H++OH-+e
H2O+O→2OH
NO+O→NO2
NO+O3→NO2+O2
N2+e→2N+e
NO+N→N2+O
NO2+N→N2+O2
CO2+e→CO+O+e
CO2+e→C+O2+e
CH+O2→CO+H2O
CO+O→CO2
本发明的有益效果：本发明的机动车发动机排气净化装置适用于汽油、柴油、天然气等多种燃料，通过样机的试验和对比测试，使用了本发明的机动车发动机排气净化装置的机动车发动机，显著降低了机动车发动机排气中的有害成份，可使汽车排气排放达到GB18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》IV阶段标准值，其IV阶段标准值相当于欧IV标准；而未使用本发明的机动车发动机，其机动车发动机排气中的有害成份较高，只能达到欧II标准。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中的定位挡圈的结构示意图；
图3是本发明的支架板的结构示意图；
图4是电极管瓷支架板的结构示意图；
图5是图4的后视图：
图6是光、热触媒净化反应器为钛网的结构示意图；
图7是沉积槽的结构示意图
图8是集管卧式脉冲静电净化反应器外壳的结构示意图；
图9是集管卧式脉冲静电净化反应器外壳内装入一组集管卧式脉冲静电净化反应器的结构示意图；
图10是电极管的结构示意图；
图11是集管卧式脉冲静电净化反应器的电路原理示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明作进一步的描述。
实施例1：一种用于长安牌微型车的一种机动车发动机排气净化装置。
如图1-11所示，一种机动车发动机排气净化装置，它含有外壳、进气管2、出气管8，其所述的外壳为金属外壳，外壳由光、热触媒净化反应器外壳4和集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6构成，在光、热触媒净化反应器外壳4内设有光、热触媒净化反应器3，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6内设有集管卧式脉冲静电净化反应器5，光、热触媒净化反应器3的光、热触媒体为钛，集管卧式脉冲静电净化反应器5由电晕丝54、电极管53、电极管瓷支架板51、支架板55、连接螺杆52构成，电晕丝54沿电极管53的轴线穿过。所述的光、热触媒净化反应器3为5层钛网板31。也可为3层有孔的钛板或被钛蜂窝陶瓷。所述的外壳的中部为集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6上设有接头64，集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6的两端与光、热触媒净化反应器外壳4连接，进气管2的外端设有进气管法兰盘1，进气管2的另一端与一个光、热触媒净化反应器外壳4连接，出气管8的外端设有出气管法兰盘9，出气管8的另一端与另一个光、热触媒净化反应器外壳4连接，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6内设有2组集管卧式脉冲静电净化反应器5，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6上设有外壳排尘孔65、电晕丝接线柱63，在外壳排尘孔65处设有沉积槽7。在集管卧式脉冲静电净化反应器5中，所述的电晕丝54为钼丝，钼丝的直径为0.15mm，所述的电极管53为不锈钢管，在电极管53上设有电极管排尘孔531。所述的电极管瓷支架板51上设有电极管安装槽511、电晕丝支架514、电晕丝孔515、导气孔512、安装连接孔513，电极管安装槽511和安装连接孔513均被镍并连通，电极管53的两端分别连接在电极管瓷支架板51的电极管安装槽511上，电晕丝54的一端固定接在一块电极管瓷支架板51的电晕丝孔515上，电晕丝54的另一端穿过电极管53、穿过另一块电极瓷支板51的电晕丝孔515固定后连接在外壳6上的电晕丝接线柱63上，电晕丝接线柱63与逆变脉冲高压电源输出的负极连接，外壳与逆变脉冲高压电源输出的正极连接。在一组集管卧式脉冲静电净化反应器5中，所述的电极管53为19根，每根电极管的长为60mm，电极管内径为20mm。将定位挡圈(61)、安装定位卡(62)固定安装在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)内。在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)上设有沉积槽固定块(66)和外壳排尘孔(65)，在电极管53处设有电极管排尘孔(531)，集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)设有接头(64)，在支架板55上设有支架板安装孔(552)和支架板安装定位槽(551)。电晕丝(54)与之匹配的逆变脉冲高压电源输出的负极连接，电极管(53)与之匹配的逆变脉冲高压电源输出的正极连接，机动车发动机排气净化装置的外壳接地。逆变脉冲高压电源输入的电压为12V/24V。
本例的效果：本例试用的车属于一类车，该机动车发动机排气净化装置试用后，经有关部门检测，具有显著的效果，如，用GB18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》和GB/T19233-2003《轻型汽车燃料消耗量试验方法》对本样机的检测，检验结果如下：
| 检验项目 | 标准限值 | 单位 | 检验结果 | ||
| III阶段 | IV阶段 | 原车 | 加本装置后 | ||
| CO | 2.30 | 1.00 | g/km | 1.22 | 0.72 |
| HC | 0.20 | 0.10 | g/km | 1.80 | 0.05 |
| NOX | 0.15 | 0.08 | g/km | 0.128 | 0.06 |
| 燃油消耗量 | L/100km | 7.23 | 6.53 |
从检验结果分析：长安牌微型车使用了机动车发动机排气净化装置后，排放值：
CO为GB18352.3-2005标准III阶段的31.3％，为IV阶段标准的72％，为原车的59％；
HC为GB18352.3-2005标准III阶段的25％，为IV阶段标准的50％，为原车的2.77％；
NOX为GB18352.3-2005标准III阶段的40％，为IV阶段标准的75％，为原车的46.9％；
其IV阶段标准值相当于欧IV标准。
燃油消耗量是原车的90.3％，节油9.7％。
实施例2：一种用于福铁福克斯CAF7201M骄车的一种机动车发动机排气净化装置。
如图1-11所示，一种机动车发动机排气净化装置，它含有外壳、进气管2、出气管8，其所述的外壳为金属外壳，外壳由光、热触媒净化反应器外壳4和集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6构成，在光、热触媒净化反应器外壳4内设有光、热触媒净化反应器3，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6内设有集管卧式脉冲静电净化反应器5，光、热触媒净化反应器3的光、热触媒体为钛，集管卧式脉冲静电净化反应器5由电晕丝54、电极管53、电极管瓷支架板51、支架板55、连接螺杆52构成，电晕丝54沿电极管53的轴线穿过。所述的光、热触媒净化反应器3为7层钛网板。也可为6层有孔的钛板或被钛蜂窝陶瓷。所述的外壳的中部为集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6上设有接头64，集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6的两端与光、热触媒净化反应器外壳4连接，进气管2的外端设有进气管法兰盘1，进气管2的另一端与一个光、热触媒净化反应器外壳4连接，出气管8的外端设有出气管法兰盘9，出气管8的另一端与另一个光、热触媒净化反应器外壳4连接，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6内设有2组集管卧式脉冲静电净化反应器5，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6上设有外壳排尘孔65、电晕丝接线柱63，在集管卧式脉冲静电净化反应器5中，所述的电晕丝54为钼丝，钼丝的直径为0.3mm，所述的电极管53为不锈钢管，在电极管53上设有电极管排尘孔531。所述的电极管瓷支架板51上设有电极管安装槽511、电晕丝支架514、电晕丝孔515、导气孔512、安装连接孔513，电极管安装槽511和安装连接孔513均被镍并连通，电极管53的两端分别连接在电极管瓷支架板51的电极管安装槽511上，电晕丝54的一端固定接在一块电极管瓷支架板51的电晕丝孔515上，电晕丝54的另一端穿过电极管53、穿过另一块电极瓷支板51的电晕丝孔515固定后连接在外壳6上的电晕丝接线柱63上，电晕丝接线柱63与逆变脉冲高压电源输出的负极连接，外壳与逆变脉冲高压电源输出的正极连接。在一组集管卧式脉冲静电净化反应器5中，所述的电极管53为19根，每根电极管的长为120mm，，电极管内径为20mm。
本例的效果：本例试用的车属于一类车，该机动车发动机排气净化装置试用后，经有关部门检测，具有显著的效果，如，用GB18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》和GB/T19233-2003《轻型汽车燃料消耗量试验方法》对本样机的检测，检验结果如下：
| 检验项目 | 标准限值 | 单位 | 检验结果 | ||
| III阶段 | IV阶段 | 原车 | 加本装置后 | ||
| CO | 2.30 | 1.00 | g/km | 0.279 | 0.172 |
| HC | 0.20 | 0.10 | g/km | 0.055 | 0.049 |
| NOX | 0.15 | 0.08 | g/km | 0.12 | 0.025 |
| 燃油消耗量 | L/100km | 6.453 | 5.356 | ||
从检验结果分析：长福铁福克斯CAF7201M骄车使用了机动车发动机排气净化装置后，排放值：
CO为GB18352.3-2005标准III阶段的7.5％，为IV阶段标准的17.2％，为原车的61.6％；
HC为GB18352.3-2005标准III阶段的24.5％，为IV阶段标准的49％，为原车的89％；
NOX为GB18352.3-2005标准III阶段的16.7％，为IV阶段标准的31.3％，为原车的20.8％；
燃油消耗量是原车的83％，节油17％。
实施例3：用于红岩载重车的一种机动车发动机排气净化装置。
本例的机动车发动机排气净化装置的基本结构与实施例1的结构基本相同，不详叙，其主要区别为：在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳6内设有3组集管卧式脉冲静电净化反应器5，在一组集管卧式脉冲静电净化反应器5中，所述的电极管53为26根，每根长160mm，内直径为36mm。
本例试用的红岩载重车属于重型车，该车使用机动车发动机排气净化装置后，经过检测，具有显著的效果。
Claims (6)
1、一种机动车发动机排气净化装置，它含有外壳、进气管(2)、出气管(8)，其特征在于：所述的外壳为金属外壳，外壳由光、热触媒净化反应器外壳(4)和集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)构成，在光、热触媒净化反应器外壳(4)内设有光、热触媒净化反应器(3)，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)内设有集管卧式脉冲静电净化反应器(5)，光、热触媒净化反应器(3)的光、热触媒体为钛，集管卧式脉冲静电净化反应器(5)由电晕丝(54)、电极管(53)、电极管瓷支架板(51)、支架板(55)、连接螺杆(52)构成，电晕丝(54)沿电极管(53)的轴线穿过。
2、按权利要求1所述的机动车发动机排气净化装置，其特征在于：所述的光、热触媒净化反应器(3)为3-10层钛网板或2-8层有孔的钛板或被钛蜂窝陶瓷之中的一种。
3、按权利要求1所述的机动车发动机排气净化装置，其特征在于：所述的外壳的中部为集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)上设有接头(64)，集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)的两端与光、热触媒净化反应器外壳(4)连接，进气管(2)的外端设有进气管法兰盘(1)，进气管(2)的另一端与一个光、热触媒净化反应器外壳(4)连接，出气管(8)的外端设有出气管法兰盘(9)，出气管(8)的另一端与另一个光、热触媒净化反应器外壳(4)连接，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)内设有1-3组集管卧式脉冲静电净化反应器(5)，在集管卧式脉冲静电净化反应器外壳(6)上设有外壳排尘孔(65)、电晕丝接线柱(63)，在外壳排尘孔(65)处设有沉积槽(7)。
4、按权利要求1或3所述的机动车发动机排气净化装置，其特征在于：在集管卧式脉冲静电净化反应器(5)中，所述的电晕丝(54)为钼丝，钼丝的直径为0.1-1.0mm，所述的电极管(53)为不锈钢管，在电极管(53)上设有电极管排尘孔(531)。
5、按权利要求1和3所述的机动车发动机排气净化装置，其特征在于：所述的电极管瓷支架板(51)上设有电极管安装槽(511)、电晕丝支架(514)、电晕丝孔(515)、导气孔(512)、安装连接孔(513)，电极管安装槽(511)和安装连接孔(513)均被镍并连通，电极管(53)的两端分别连接在电极管瓷支架板(51)的电极管安装槽(511)上，电晕丝(54)的一端固定接在一块电极管瓷支架板(51)的电晕丝孔(515)上，电晕丝(54)的另一端穿过电极管(53)、穿过另一块电极瓷支板(51)的电晕丝孔(515)固定后连接在外壳(6)上的电晕丝接线柱(63)上，电晕丝接线柱(63)与逆变脉冲高压电源输出的负极连接，外壳与逆变脉冲高压电源输出的正极连接。
6、按权利要求1和3所述的机动车发动机排气净化装置，，其特征在于：在一组集管卧式脉冲静电净化反应器(5)中，所述的电极管(53)为6-26根，每根电极管的长为60mm-160mm，，电极管内径为10mm-36mm。
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